DE102011010330B4 - extrusion die - Google Patents

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Abstract

Extrusionswerkzeug (40) zur Auffächerung mindestens eines Faserstranges (5) und zur Imprägnierung des Faserstranges (5) mit einer Polymerschmelze, wobei das Extrusionswerkzeug einen Fächerkörper (41) sowie eine den Fächerkörper (41) umgebende Haube (56) umfasst, wobei die Haube eine zentrische Öffnung (57) für den mindestens einen Faserstrang (5) aufweist, wobei der mindestens eine Faserstrang (5) seitlich am Fächerkörper (41) zur Öffnung in der Haube (56), unter Auffächerung des mindestens einen Faserstranges (5) auf dem Fächerkörper (41) geführt ist, wobei der Fächerkörper (41) im Bereich der Auffächerung des mindestens einen Faserstranges (5) mindestens eine Austrittsöffnung (49) für die Polymerschmelze aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächerkörper (41) einen mit einer halbkugelförmigen Wölbung versehenen Kopf (42) aufweist, wobei der Kopf (42) einen Hals (45) aufweist, wobei der Hals (45) unter Bildung mindestens einer Öffnung (51) für mindestens einen Faserstrang (5) mit einem Träger (46) verbunden ist und wobei der Hals (45) im Bereich des Übergangs zum Kopf (42) die mindestens eine Austrittsöffnung (49) für die Polymerschmelze aufweist.Extrusion tool (40) for fanning at least one fiber strand (5) and for impregnating the fiber strand (5) with a polymer melt, wherein the extrusion tool comprises a fan body (41) and a fan body (41) surrounding the hood (56), wherein the hood a central opening (57) for the at least one fiber strand (5), wherein the at least one fiber strand (5) on the side of the fan body (41) for opening in the hood (56), fanning the at least one fiber strand (5) on the fan body (41) is guided, wherein the fan body (41) in the region of the fanning of the at least one fiber strand (5) has at least one outlet opening (49) for the polymer melt, characterized in that the fan body (41) provided with a hemispherical curvature head (42), wherein the head (42) has a neck (45), the neck (45) forming at least one opening (51) for at least a fiber strand (5) is connected to a carrier (46) and wherein the neck (45) in the region of the transition to the head (42) has the at least one outlet opening (49) for the polymer melt.

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Figure DE102011010330B4_0001

Description

Die Erfindung betrifft ein Extrusionswerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an extrusion tool according to the preamble of claim 1.

Die Verwendung von faserverstärkten thermoplastischen Granulaten zur Herstellung von Werkstücken im Spritzgussverfahren ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Solche Granulate, auch Compounds genannt, werden in sogenannten Compoundierungsprozessen hergestellt. Für die Herstellung derartiger Compounds oder Granulate werden Faserstränge verwendet, die aus einer Vielzahl von Filamenten bestehen.The use of fiber-reinforced thermoplastic granules for the production of workpieces by injection molding is well known in the art. Such granules, also called compounds, are produced in so-called compounding processes. For the production of such compounds or granules fiber strands are used, which consist of a plurality of filaments.

Die Faser- oder Garnstränge können nach dem Stand der Technik beispielsweise aus Natur- bzw. Zellulosefasern oder auch aus Glasfasern bestehen. Aus der EP 1 436 130 B1 ist in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur Herstellung eines Granulates zur Herstellung von Kunststoffformteilen bekannt, wobei Endlos-Regenerat-Zellulosefasern in einem ersten Schritt in einem Pultrusionsverfahren mit einem Matrixmaterial aus einem technischen Kunststoff, sowie einem Haftvermittler ummantelt werden, anschließend granuliert werden, sowie nach einem sich daran anschließenden Trocknungsvorgangs nochmals extrudiert und erneut granuliert und getrocknet werden. Das heißt, aus dieser Literaturstelle ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein oder mehrere Faserstränge auf ihrem Umfang mit einem Polymer, z. B. Propylen ummantelt werden, dieser ummantelte Faserstrang wird dann in einem ersten Schritt zu einem Granulat verarbeitet. Die Ummantelung mit der Polymerschmelze erfolgt in Abhängigkeit von dem verwendeten Polymer bei Temperaturen von zum Teil weit über 200 Grad Celsius. Das heißt, dass bereits bei diesem Schritt die Fasern nicht unerheblichen Temperaturen ausgesetzt sind. Ein in solcher Weise hergestellter Faserstrang wird dann zu einem Granulat geschnitten. Es hat sich herausgestellt, dass beim Granuliervorgang, d. h. beim Schneiden des Stranges in einzelne Abschnitte sich einzelne Fasern aus dem Verbund lösen, und über die einzelnen Granulatstückchen vorstehen. Das heißt, dass die Fasern im Granulat eine durchaus unterschiedliche Länge aufweisen. In einem weiteren Verarbeitungsschritt wird das geschnittene Granulat in einen Extruder gegeben. In dem Extruder wird sowohl unter Wärme als auch unter mechanischer Einwirkung eine Masse hergestellt, die eine gleichmäßige Verteilung der Fasern in dem Gemisch aufweisen soll. Nach Extrusion und Formung zu einem Extrusionsstrang wird der Strang in einem weiteren Schritt wiederum granuliert, um dann als Werkstoff, beispielsweise im Spritzgussverfahren zu entsprechenden Werkstücken verarbeitet zu werden.The fiber or yarn strands may consist of the prior art, for example, from natural or cellulose fibers or glass fibers. From the EP 1 436 130 B1 In this context, a process for the production of granules for the production of plastic moldings is known, wherein continuous regenerated cellulose fibers are coated in a first step in a pultrusion process with a matrix material of a technical plastic, and a bonding agent, then granulated, and after a extruded again subsequent drying process and re-granulated and dried. That is, from this reference, a method is known in which one or more fiber strands on its circumference with a polymer, for. B. coated with propylene, this sheathed fiber strand is then processed in a first step to a granulate. The coating with the polymer melt takes place, depending on the polymer used at temperatures of well over 200 degrees Celsius. This means that even at this step, the fibers are exposed to significant temperatures. A fiber strand made in such a way is then cut into granules. It has been found that in the granulation process, ie when cutting the strand into individual sections, individual fibers are released from the composite, and protrude over the individual pieces of granules. This means that the fibers in the granules have a quite different length. In a further processing step, the cut granules are placed in an extruder. In the extruder, both under heat and under mechanical action, a mass is prepared which should have a uniform distribution of the fibers in the mixture. After extrusion and shaping into an extrusion strand, the strand is again granulated in a further step, in order then to be processed as a material, for example by injection molding, into corresponding workpieces.

Es hat sich hierbei jedoch herausgestellt, dass die Verteilung der Fasern im fertigen Werkstück ungleichmäßig ist, d. h. es wurde festgestellt, dass das Werkstück eine Vielzahl von sogenannten Fasernestern aufweist. Der Grund hierfür ist ganz offensichtlich darin zu finden, dass die im ersten Verfahrensschritt hergestellten Granulate zwar auf ihrem Umfang eine entsprechende Polymerschicht aufweisen. Die Ummantelung mit einem solchen Polymer bewirkt jedoch keine Durchdringung des Faserstranges in dem Sinne, dass auch innerhalb des Faserstranges das Polymer das Matrixmaterial für die Filamente bildet. Hieran ändert offensichtlich auch nichts die Bearbeitung des Granulats im Extruder. Das heißt, das Granulat nach dem Stand der Technik hat den Nachteil, dass die Verteilung der Fasern in dem Granulat, das schlussendlich zur Herstellung des Werkstückes dient, nicht gleichmäßig verteilt ist, so dass sich im Werkstück einzelne Fasernester bilden, die eine ungleichmäßige Festigkeit eines daraus hergestellten Bauteiles bewirken. Darüber hinaus besteht aufgrund der in den zwei Verfahrensschritten erfolgenden Wärmezufuhr zum einen ein erheblicher Energiebedarf, und zum anderen in Abhängigkeit von dem verwendeten Polymer und der damit verbundenen Schmelztemperatur, insbesondere bei hochschmelzenden Polymeren, wie z. B. Polyamid, bei Verwendung von Zellulosefasern, die Gefahr, dass diese Schaden nehmen. Denn Zellulosefasern zersetzen sich in Abhängigkeit von der Höhe der Temperatur und der Dauer der Temperaturbelastung.It has been found, however, that the distribution of the fibers in the finished workpiece is uneven, d. H. It has been found that the workpiece has a plurality of so-called fiber esters. The reason for this is obviously to be found in the fact that although the granules produced in the first process step have a corresponding polymer layer on their circumference. However, the cladding with such a polymer does not cause penetration of the fiber strand in the sense that within the fiber strand, the polymer forms the matrix material for the filaments. This obviously does not change the processing of the granules in the extruder. That is, the granules according to the prior art has the disadvantage that the distribution of the fibers in the granules, which ultimately serves for the production of the workpiece is not evenly distributed, so that form individual fiber esters in the workpiece, the uneven strength of a cause it produced components. In addition, due to the taking place in two process steps heat supply on the one hand, a considerable energy demand, and secondly, depending on the polymer used and the associated melting temperature, especially in high-melting polymers such. As polyamide, when using cellulose fibers, the risk that these damage. Because cellulose fibers decompose depending on the height of the temperature and the duration of the temperature load.

Aus der DE 195 23 490 A1 ist bekannt, den Faserstrang durch einander gegenüberliegende Ringe zu spreizen und somit auf den Ringen den Faserstrang zu öffnen. Die Zuführung der Schmelze erfolgt an einem Punkt zwischen dem Imprägniermantel und dem Imprägnierkern, nämlich im Bereich des Austrittes der Faserstränge aus den Einfuhröffnungen des Imprägnierkerns in den Zwischenraum zwischen Imprägniermantel und Imprägnierkern. Die einzelnen Faserstränge werden über die Länge des Imprägnierkerns über mehrere Spreizringe geführt, wobei durch die mehrfache und paarweise einer gegenüberliegenden Anordnung von Spreizringen eine mehrfache Spreizung des Faserstranges erfolgt, gleichzeitig aber auch eine Auffächerung. Hierdurch soll sichergestellt sein, dass die Polymerschmelze die einzelnen Fasern der Filamente der Faserstränge allseitig erfasst. Durch die über die Länge des Imprägnierkernes vorgesehenen mehreren Umlenkungen des Faserstranges soll eine vollständige Imprägnierung der einzelnen Fasern des Faserstranges mit der Polymerschmelze gewährleistet werden. Durch die Anordnung mehrerer hintereinander angeordneter Umlenkstellen durch die Anordnung mehrerer paarweise hintereinander angeordneter Spreizringe wird allerdings die Verweildauer des Faserstranges im Werkzeug wesentlich erhöht. Hierbei besteht insbesondere bei Verwendung von Cellulosefasern die Gefahr, dass diese Schaden nehmen. Denn die Cellulosefasern werden sich in Abhängigkeit von der Höhe der Temperatur und insbesondere auch der Dauer der Temperaturbelastung, mehr oder weniger schnell zersetzen. Das heißt, die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung ist für den Einsatz von Cellulosefasern nicht geeignet.From the DE 195 23 490 A1 It is known to spread the fiber strand by opposing rings and thus to open the fiber strand on the rings. The feeding of the melt takes place at a point between the impregnating jacket and the impregnating core, namely in the region of the outlet of the fiber strands from the inlet openings of the impregnating core into the intermediate space between the impregnating jacket and the impregnating core. The individual fiber strands are guided over the length of the impregnating core over a plurality of expansion rings, wherein a multiple spreading of the fiber strand takes place by the multiple and in pairs an opposing arrangement of expansion rings, but at the same time also a fanning out. This is to ensure that the polymer melt captures the individual fibers of the filaments of the fiber strands on all sides. By provided over the length of the impregnating core several deflections of the fiber strand a complete impregnation of the individual fibers of the fiber strand is to be ensured with the polymer melt. Due to the arrangement of a plurality of successively arranged deflection by the arrangement of a plurality of pairs arranged in succession spreader rings, however, the residence time of the fiber strand in the tool is substantially increased. In particular, when using cellulose fibers there is a risk that they will be damaged. Because the cellulose fibers will depend on the amount of temperature and in particular the duration of the temperature stress, decompose more or less quickly. That is, the device known from the prior art is not suitable for the use of cellulose fibers.

Auch aus der EP 364 828 A2 ist bekannt, die einzelnen Faserstränge über eine Vielzahl von Umlenkungen während des Imprägniervorganges zu führen, was eine sich über einen langen Zeitraum erstreckende Temperaturbelastung zur Folge hat. Das heißt, auch die Lehre der EP 364 828 A2 ist nicht geeignet, um Cellulosefasern mit einer Polymerschmelze zu imprägnieren, da die Gefahr besteht, dass zum Zeitpunkt des Austritts des Verbundwerkstoffes aus dem Extrusionswerkzeug die Cellulosefasern sich weitgehend zersetzt haben.Also from the EP 364 828 A2 It is known to guide the individual fiber strands over a plurality of deflections during the impregnation process, resulting in extending over a long period of temperature stress result. That is, also the doctrine of EP 364 828 A2 is not suitable to impregnate cellulosic fibers with a polymer melt, since there is a risk that at the time of exit of the composite material from the extrusion die, the cellulose fibers have largely decomposed.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin, ein Extrusionswerkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, das die Herstellung eines Granulates erlaubt, das eine homogene Verteilung der Filamente in der Polymermatrix aufweist; des Weiteren soll die Temperaturbelastung während des Herstellprozesses gering gehalten werden. Für die nachfolgenden Betrachtungen wird ein Faserstrang als solcher definiert, der eine Vielzahl an Filamenten oder Fasern aufweist.The object underlying the invention is therefore to provide an extrusion tool of the type mentioned, which allows the production of granules having a homogeneous distribution of the filaments in the polymer matrix; Furthermore, the temperature load during the manufacturing process should be kept low. For the following considerations, a fiber strand is defined as such having a plurality of filaments or fibers.

Zur Lösung der Aufgabe dienen die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes.To achieve the object serve the features of the characterizing part of claim 1 in conjunction with the features of the preamble.

Das Extrusionswerkzeug zur Auffächerung mindestens eines Faserstranges und zur Imprägnierung des Faserstranges mit einer Polymerschmelze, zeichnet sich durch einen Fächerkörper sowie eine den Fächerkörper umgebende Haube aus, wobei die Haube eine zentrische Öffnung für den mindestens einen Faserstrang aufweist, wobei der mindestens eine Faserstrang zunächst seitlich am Fächerkörper achsparallel zum Fächerkörper und dann zur zentrischen Öffnung in der Haube unter Auffächerung des mindestens einen Faserstranges auf den Fächerkörper geführt ist, wobei der Fächerkörper im Bereich der Auffächerung des mindestens einen Faserstranges mindestens eine Austrittsöffnung für die Polymerschmelze aufweist. Durch die Führung des Faserstranges auf dem Fächerkörper erfolgt eine Auffächerung oder Spreizung des Faserstrangs mit der Folge, dass die einzelnen Filamente mehr oder weniger freiliegen, so dass die in diesem Bereich des Fächerkörpers zugeführte Polymerschmelze zu einer homogenen Einbettung der einzelnen Filamente eines Faserstranges in der Polymerschmelze führt.The extrusion tool for fanning out at least one fiber strand and for impregnating the fiber strand with a polymer melt, characterized by a fan body and a hood surrounding the fan body, wherein the hood has a central opening for the at least one fiber strand, the at least one fiber strand first side of the Fan body axially parallel to the fan body and then guided to the central opening in the hood with fanning the at least one fiber strand on the fan body, wherein the fan body has at least one outlet opening for the polymer melt in the fanning of the at least one fiber strand. By guiding the fiber strand on the fan body fanning or spreading of the fiber strand occurs with the result that the individual filaments more or less exposed, so that the polymer melt supplied in this region of the fan body to a homogeneous embedding of the individual filaments of a fiber strand in the polymer melt leads.

Der Fächerkörper weist einen mit einer Wölbung, insbesondere einer halbkugelförmigen Wölbung versehenen Kopf auf. Es wurde bereits an anderer Stelle darauf hingewiesen, dass der Fächerkörper von einer Haube unter Bildung eines Ringraumes beabstandet umgeben ist, wobei diese Haube eine zentrische Öffnung aufweist. Die Haube umgibt die Wölbung des Fächerkörpers derart, dass die zentrische Öffnung in der Haube fluchtend zu der Mittellängsachse des Fächerkörpers verläuft, mithin die zentrische Öffnung fluchtend zum Pol der halbkugelförmigen Wölbung liegt.The fan body has a head provided with a curvature, in particular a hemispherical curvature. It has already been pointed out elsewhere that the fan body is surrounded by a hood spaced apart to form an annular space, this hood having a central opening. The hood surrounds the curvature of the fan body such that the central opening in the hood is aligned with the central longitudinal axis of the fan body, thus the central opening is aligned with the pole of the hemispherical curvature.

Der Kopf besitzt einen Hals, wobei der Hals unter Bildung mindestens einer Öffnung für mindestens einen Faserstrang mit einem Träger verbunden ist. Hieraus wird deutlich, dass der Faserstrang zunächst seitlich am Fächerkörper entlang geführt wird, durch die zentrische Öffnung in der Haube der Faserstrang über den Kopf geführt wird, und hierbei der Faserstrang aufgrund des seitlichen Versatzes des Faserstranges, bedingt durch die Führung des Faserstrangs seitlich am Hals zur zentrischen Öffnung in der Haube, der Faserstrang aufgefächert wird. Das heißt, die maximale Breite der Fächerung erfolgt an der Linie im Übergang vom Hals zum Kopf.The head has a neck, the neck being connected to a support to form at least one opening for at least one fiber strand. From this it is clear that the fiber strand is first guided laterally on the fan body, is guided through the central opening in the hood of the fiber strand over the head, and in this case the fiber strand due to the lateral offset of the fiber strand, due to the leadership of the fiber strand side of the neck to the central opening in the hood, the fiber strand is fanned out. That is, the maximum width of the fan is at the line in the transition from neck to head.

Hierbei weist der Hals im Bereich des Überganges zum Kopf die mindestens eine Austrittsöffnung für die Polymerschmelze auf. Das heißt, dass bereits bei der Fächerbildung im Bereich des Halses, und hier insbesondere im Bereich des Übergangs vom Hals zum Kopf die Polymerschmelze mit den einzelnen Filamenten des Faserstranges in Kontakt gebracht wird.Here, the neck in the region of the transition to the head, the at least one outlet opening for the polymer melt. This means that the polymer melt is already brought into contact with the individual filaments of the fiber strand during fan formation in the region of the neck, and in particular in the region of the neck to head transition.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass sich an die Austrittsöffnung für die Polymerschmelze eine tangential in Richtung des Kopfes auslaufende Nut anschließt. Hierdurch erhält die Polymerschmelze einen Drall in Umfangsrichtung des Fächerkörpers, was insbesondere dazu beiträgt, dass während der Auffächerung des Faserstranges die einzelnen Filamente von allen Seiten mit der Polymerschmelze benetzt werden. In diesem Zusammenhang ist insbesondere darauf hinzuweisen, dass die Haube den Fächerkörper zumindest bis in den Bereich der Austrittsöffnungen für die Polymerschmelze unter Bildung eines geringen radialen Abstandes umgibt.According to a particular feature of the invention, it is provided in this connection that adjoins the outlet opening for the polymer melt a tangentially extending in the direction of the head groove. This gives the polymer melt a twist in the circumferential direction of the fan body, which contributes in particular to the fact that during the fanning of the fiber strand, the individual filaments are wetted from all sides with the polymer melt. In this context, it should be pointed out in particular that the hood surrounds the fan body at least as far as the region of the outlet openings for the polymer melt, forming a small radial distance.

Für die Zuführung der Schmelze ist vorgesehen, dass der Träger eine radial sich in den Fächerkörper erstreckende Einlassöffnung aufweist, die durch einen Kanal im Fächerkörper mit der mindestens einen Austrittsöffnung für die Polymerschmelze in Verbindung steht.For the supply of the melt is provided that the carrier has a radially extending into the fan body inlet opening, which communicates through a channel in the fan body with the at least one outlet opening for the polymer melt.

Im Einzelnen ist der Träger als Ringträger ausgebildet, der den Fächerkörper beabstandet unter Bildung einer, vorzugsweise jedoch mehrere umfangsverteilt angeordneter Öffnungen für mehrere Faserstränge umgibt, wobei der Hals umfangsverteilt im Bereich des Übergangs zum Kopf mehrere Austrittsöffnungen für die Polymerschmelze ausweist. Hieraus ergibt sich, dass zu gleicher Zeit eine Vielzahl von Fasersträngen in einem kontinuierlichen Vorgang dem Extrusionswerkzeug zugeführt werden können, die entsprechend durch den Fächerkörper aufgefächert und imprägniert werden, dann aber durch die zentrische Öffnung in der Haube gemeinsam als Strang mehrerer einzelner Faserstränge aus dem Extrusionswerkzeug herausgeführt werden. Das heißt, der Querschnitt der zentrischen Öffnung in der Haube ist maßgeblich bestimmt durch die Anzahl der Faserstränge und die Stärke der einzelnen Faserstränge. Der aus der Haube austretende imprägnierte Strang wird als Prepregstrang bezeichnet.In particular, the carrier is formed as a ring carrier, which surrounds the fan body spaced to form one, but preferably a plurality of circumferentially distributed openings for a plurality of fiber strands, the neck circumferentially distributed in the region of the transition to the head identifies several outlet openings for the polymer melt. It follows that at the same time a plurality of fiber strands can be supplied to the extrusion tool in a continuous process, which are fanned and impregnated by the fan body, but then through the central opening in the hood together as a strand of several individual fiber strands from the extrusion die be led out. That is, the cross section of the central opening in the hood is largely determined by the number of fiber strands and the strength of the individual fiber strands. The impregnated strand emerging from the hood is called a prepreg strand.

Durch die Imprägnierung mit der Polymerschmelze des mindestens einen dem Extrusionswerkzeug kontinuierlich zugeführten Faserstranges im aufgefächerten Zustand wird erreicht, dass sich die Polymerschmelze im Wesentlichen um jedes einzelne Filament eines Faserstrangs legen kann, so dass der fertig imprägnierte Faserstrang nicht nur, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, auf seinem Mantel eine Schicht aus einem Polymer aufweist, sondern das Polymer homogen innerhalb des Faserstrangs verteilt ist. Das heißt, das Polymer bildet eine Matrix für die Filamente im Faserstrang.The impregnation with the polymer melt of the at least one fiber strand continuously supplied to the extrusion tool in the fanned-out state ensures that the polymer melt can essentially be laid around each individual filament of a fiber strand, so that the completely impregnated fiber strand not only, as in the prior art the case is on his coat a layer of a polymer, but the polymer is homogeneously distributed within the fiber strand. That is, the polymer forms a matrix for the filaments in the fiber strand.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.With reference to the drawings, the invention will be explained in more detail below by way of example.

1 zeigt schematisch die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung eines Compounds; 1 shows schematically the individual process steps for the preparation of a compound;

2 zeigt in einer Seitenansicht im Schnitt schematisch das Extrusionswerkzeug; 2 shows in a side view in section schematically the extrusion die;

2a zeigt in perspektivischer Darstellung den Fächerkörper ohne Haube; 2a shows a perspective view of the fan body without hood;

3 zeigt eine Temperiereinrichtung in Form eines Rollenpaares in einer Seitenansicht; 3 shows a tempering device in the form of a pair of rollers in a side view;

3a zeigt eine Ansicht gemäß der Linie IIIa/IIIa aus 3; 3a shows a view along the line IIIa / IIIa 3 ;

4 zeigt schematisch das Verfahren, wobei geschnittene Faserstrangabschnitte unmittelbar einem Extruder zugeführt werden; 4 schematically shows the process wherein cut fiber strand sections are fed directly to an extruder;

5 zeigt schematisch das Schneidwerkzeug; 5 shows schematically the cutting tool;

6 zeigt schematisch einen abgeschnittenen Faserstrangabschnitt; 6 schematically shows a cut fiber strand section;

7 zeigt schematisch eine Umlenkvorrichtung, die dem Extrusionswerkzeug (1. Ausführungsform) oder dem Extruder (2. Ausführungsform) nachgeschaltet sein kann. 7 schematically shows a deflection device, which may be connected downstream of the extrusion tool (1st embodiment) or the extruder (2nd embodiment).

Die Darstellung des ersten Verfahrens erfolgt anhand der 1. Der mit 10 bezeichnete Spulenhalter umfasst sechs Spulen 11, wobei von den sechs Spulen 11 jeweils ein Faserstrang 5 kontinuierlich abgezogen und entsprechend kontinuierlich den weiteren Bearbeitungsstationen des Verfahrens zugeführt wird, so dass ein der Granuliereinrichtung zugeführter Endlos-Prepregstrang entsteht. Ein jeder dieser Faserstränge 5 wird einer Trocknungsvorrichtung 20 zugeführt, wobei durch die Trocknungsvorrichtung 20 die einzelnen Faserstränge 5 beispielsweise mittels Heißluft oder mittels Heizstrahlern getrocknet werden, bevor sie als einzelne Faserstränge 5 dem mit 40 bezeichneten Extrusionswerkzeug zugeführt werden. Das Extrusionswerkzeug 40 umfasst den mit 41 bezeichneten Fächerkörper und die mit 56 bezeichnete Haube. Die Haube 56 bildet einen Abstand zu dem Fächerkörper 41, wodurch sich ein Ringraum 58 ergibt, wie sich dies ebenfalls unmittelbar in Anschauung von 1 ergibt. Des Weiteren ist ein Extruder 30 vorgesehen, der eine Polymerschmelze in Ringraum 58 zwischen Haube und Fächerkörper 41 einführt. In dem Raum 58 werden die Faserstränge 5 jeweils gesondert eingeführt, wobei im Bereich des Pfeiles 40a eine Auffächerung der einzelnen Faserstränge erfolgt, wie dies bereits zuvor beschrieben worden ist, und wie dies auch Gegenstand der Erfindung ist. Alsdann werden die einzelnen Faserstränge 5 durch die zentrische Öffnung 57 aus dem Extrusionswerkzeug 40 herausgeführt. Die einzelnen Faserstränge 5 bilden hierbei einen imprägnierten Faserstrang, der als Prepregstrang 55 bezeichnet wird. Der Prepregstrang 55 durchläuft eine Düse 60, die der Verdichtung und auch Formgebung des imprägnierten Faserstranges dient.The representation of the first method is based on the 1 , The one with 10 designated bobbin holder comprises six coils 11 , whereby from the six coils 11 one fiber strand each 5 withdrawn continuously and accordingly continuously supplied to the other processing stations of the process, so that one of the Granuliereinrichtung supplied endless-Prepregstrang arises. Each of these fiber strands 5 becomes a drying device 20 supplied by the drying device 20 the individual fiber strands 5 For example, by means of hot air or by means of radiant heaters are dried before acting as individual fiber strands 5 with the 40 designated extrusion tool to be supplied. The extrusion tool 40 includes the with 41 designated fan body and the with 56 designated hood. The hood 56 forms a distance to the fan body 41 , which creates an annulus 58 shows, as this also directly in view of 1 results. Furthermore, an extruder 30 provided a polymer melt in annulus 58 between hood and fan body 41 introduces. In the room 58 become the fiber strands 5 each introduced separately, being in the range of the arrow 40a a fanning of the individual fiber strands takes place, as has already been described above, and as is also the subject of the invention. Then the individual fiber strands become 5 through the centric opening 57 from the extrusion tool 40 led out. The individual fiber strands 5 in this case form an impregnated fiber strand, as a prepreg strand 55 referred to as. The prepreg strand 55 goes through a nozzle 60 , which serves the compaction and shaping of the impregnated fiber strand.

Alsdann wird der Prepregstrang 55 einer Temperiereinrichtung 70 zugeführt, die an anderer Stelle näher beschrieben werden wird. Nach Durchlaufen der Temperiereinrichtung ist ein mit 80 bezeichneter Bandabzug vorgesehen, dem eine Granuliereinrichtung 90 zur Herstellung des Compound-Granulates nachgeordnet ist.Then the prepreg strand becomes 55 a tempering device 70 supplied, which will be described in detail elsewhere. After passing through the tempering is a with 80 designated strip deduction provided, the granulator 90 is subordinate to the preparation of the compound granules.

Aus 2 ergibt sich nun die Ausbildung des Extrusionswerkzeuges 40. Das Extrusionswerkzeug 40 setzt sich zusammen, wie dies bereits erläutert worden ist aus dem Fächerkörper 41 sowie der den Fächerkörper umgebenden Haube 56. Zwischen der Haube 56 einerseits und dem Fächerkörper 41 andererseits besteht ein Abstand, durch den der mit 58 bezeichnete Ringraum gebildet wird. Der Fächerkörper 41 umfasst den mit einer halbkugelförmigen Wölbung versehenen Kopf 42, an den sich der Hals 45 anschließt. Der Hals besitzt an seinem dem Kopf gegenüberliegenden Ende den als Ring ausgebildeten Träger 46, der sich seitlich über den Mantel des Fächerkörpers überstehend erstreckt, und durch Stege 52 mit dem Hals in Verbindung steht (2a). Der Träger 46 weist eine radial sich erstreckende Einlassöffnung 47 für die Polymerschmelze aus dem Extruder 30 auf, wobei die Einlassöffnung 47 in einem im Fächerkörper 41 angeordneten zentrischen entlang der Mittellängsachse 59 des Fächerkörpers verlaufenden Kanal 48 mündet. Der Kanal 48 erstreckt sich bis in den Bereich des Kopfes 42. Vom Kanal radial abgehend sind umfangsverteilt am Hals vor dem Übergang zum Kopf Austrittsöffnungen 49 vorgesehen, wobei eine jede Austrittsöffnung 49 für die Polymerschmelze eine tangential auf der Mantelfläche des Fächerkörpers 41 verlaufende, zum Kopf hin ausgerichtete Nut 50 aufweist. Der ringförmige Träger 46 weist einen radialen Abstand zum Fächerkörper 41 auf. Die Verbindung zwischen dem ringförmigen Träger 46 und Fächerkörper 41 erfolgt durch mindestens einen Steg 52. Der radiale Abstand zwischen Fächerkörper und Träger 46 wird durch eine Art Lochblende 53 abgedeckt, die mehrere Öffnungen 51 zum Durchlass jeweils eines Faserstrangs 5 in den Ringraum 54 seitlich am Hals des Fächerkörpers 41 vorbei aufweist.Out 2 now results in the formation of the extrusion tool 40 , The extrusion tool 40 is composed, as has already been explained from the fan body 41 and the hood surrounding the fan body 56 , Between the hood 56 on the one hand and the fan body 41 On the other hand, there is a distance through which the annulus designated 58 is formed. The fan body 41 includes the head provided with a hemispherical curvature 42 to the neck 45 followed. The neck has at its end opposite the head designed as a ring carrier 46 which extends laterally over the mantle of the Fächerkörpers protruding stretches, and by webs 52 communicating with the neck ( 2a ). The carrier 46 has a radially extending inlet opening 47 for the polymer melt from the extruder 30 on, with the inlet opening 47 in one in the fan body 41 arranged centric along the central longitudinal axis 59 the fan body extending channel 48 empties. The channel 48 extends to the area of the head 42 , Radially outgoing from the channel are circumferentially distributed at the neck before the transition to the head outlet openings 49 provided, with each outlet opening 49 for the polymer melt, a tangential on the lateral surface of the fan body 41 extending, towards the head oriented groove 50 having. The annular carrier 46 has a radial distance to the fan body 41 on. The connection between the annular support 46 and fan bodies 41 done by at least one bridge 52 , The radial distance between the fan body and the carrier 46 is through a kind of pinhole 53 covered, the several openings 51 for the passage of a fiber strand 5 in the annulus 54 on the side of the neck of the fan body 41 has over.

Die mit 56 bezeichnete Haube weist die zentrische Öffnung 57 auf, wobei die zentrische Öffnung in der Flucht zur Mittellängsachse 59 des Fächerkörpers 41 liegt. Das heißt, dass sich die zentrische Öffnung 57 der Haube über dem Scheitelpunkt des halbkugelförmigen Kopfes 42 befindet.With 56 designated hood has the central opening 57 on, with the centric opening in alignment with the central longitudinal axis 59 of the fan body 41 lies. That means that the centric opening 57 the dome over the vertex of the hemispherical head 42 located.

Die Zuführung der einzelnen Faserstränge 5 erfolgt, wie bereits ausgeführt durch die einzelnen Öffnungen 51. Im Bereich des Übergangs vom Hals 45 zum Kopf 42, gekennzeichnet durch die durchbrochene Linie 44, findet die Auffächerung des Faserstranges in die einzelnen den Faserstrang bildenden Filamente statt. Die Auffächerung ist in der Draufsicht etwa rautenförmig. In diesem Bereich befinden sich auch die Austrittsöffnungen 49 für die Polymerschmelze mit den daran anschließenden tangentialen Nuten 50. Insbesondere in diesem Bereich, also dem Bereich der Spreizung oder der Auffächerung des Faserstranges in einzelne Filamente findet die Imprägnierung statt. Durch die tangentialen Nuten, die sich jeweils an die Austrittsöffnungen 49 anschließen, erhält die Polymerschmelze einen Drall in Richtung der Nuten, also auch in Richtung auf den Kopf 42 zu, was zu einer Verwirbelung der Schmelze in diesem Bereich führt, mit der Folge, dass eine intensive Benetzung der einzelnen Filamente stattfindet. Die einzelnen Faserstränge 5 werden dann zusammen als Prepregstrang 55 aus der Öffnung 57 in der Haube geführt, der dann durch die Düse 60 verdichtet wird.The feeding of the individual fiber strands 5 takes place, as already stated by the individual openings 51 , In the area of the transition from the neck 45 to the head 42 characterized by the broken line 44 , the fanning of the fiber strand takes place in the individual filaments forming the fiber strand. The fanning out is roughly diamond-shaped in plan view. In this area are also the outlet openings 49 for the polymer melt with the adjoining tangential grooves 50 , In particular in this area, ie the area of spreading or fanning of the fiber strand into individual filaments, the impregnation takes place. Due to the tangential grooves, which are in each case at the outlet openings 49 connect, the polymer melt receives a twist in the direction of the grooves, ie also in the direction of the head 42 to, which leads to a swirling of the melt in this area, with the result that intensive wetting of the individual filaments takes place. The individual fiber strands 5 are then together as a prepreg strand 55 out of the opening 57 guided in the hood, which then through the nozzle 60 is compressed.

Dieser Prepregstrang 55 wird alsdann der in den 3 und 3a dargestellten Temperiereinrichtung 70 zugeführt. Die Temperiereinrichtung 70 umfasst zwei sich gegenläufig drehende Rollen 71, 72, wobei die Rolle 72 eine umlaufende Nut 72a und die Rolle 71 korrespondierend hierzu eine umlaufende Feder 71a aufweist. Nut und Feder greifen, wie sich dies in Anschauung von 3 und 3a ergibt, ineinander, wobei in der Nut 72a der Prepregstrang geführt ist. Durch Wahl der entsprechenden Größe der Nut 72a und korrespondierend hierzu der umlaufenden Feder 71a kann sowohl eine Verdichtung als auch eine Formgebung des Prepregstranges stattfinden. Darüber hinaus dienen die Rollen als Teil der Temperiereinrichtung 70 entweder der Kühlung oder Erwärmung des Prepregstranges, je nachdem was gewünscht ist. Insbesondere eine Kühlung der Rollen sorgt für eine schnellere Abkühlung des Prepregstranges und eine Reduzierung der thermischen Belastung der Fasern, was wesentlich ist, wenn Zellulose- oder Naturfasern verwendet werden, in Verbindung mit einem bei höherer Temperatur schmelzenden Polymer.This prepreg strand 55 will then in the 3 and 3a shown tempering 70 fed. The tempering device 70 includes two counter-rotating rollers 71 . 72 , where the role 72 a circumferential groove 72a and the role 71 Corresponding thereto, a circumferential spring 71a having. Tongue and groove, as this is in the view of 3 and 3a results in one another, being in the groove 72a the prepreg strand is guided. By choosing the appropriate size of the groove 72a and corresponding to the circulating spring 71a Both compression and shaping of the prepreg strand may take place. In addition, the roles serve as part of the tempering 70 either the cooling or heating of the prepreg strand, as desired. In particular, cooling of the rollers provides for faster cooling of the prepreg strand and reduction in the thermal loading of the fibers, which is essential when using cellulose or natural fibers, in conjunction with a higher melting temperature polymer.

Ein Verfahren, bei dem geschnittene Faserstrangabschnitte unmittelbar einem Extruder zugeführt werden, ist in der 4 dargestellt. Hier ist wiederum ein Spulenhalter 10 vorgesehen mit mehreren Spulen 11. Von den Spulen 11 wird jeweils ein Faserstrang 5 durch eine Fördereinheit 100 abgezogen, wobei die Fördereinheit 100 sich als gegenläufig drehendes Walzenpaar darstellt, zwischen denen die einzelnen Faserstränge 5 gesondert einem Schneidwerkzeug 110 zugeführt werden. Zwischen dem Spulenhalter 10 und der Fördereinheit 100 kann eine Trocknungsvorrichtung 20 vorgesehen sein, wie sie bereits beschrieben wurde. Das Schneidwerkzeug 110 ergibt sich schematisch aus der Darstellung gemäß 5. Gemäß 5 ist ein bewegliches Messer 111 vorgesehen, das an einem Schneidblock 112 unter Abscherung des Faserstranges 5 entlang gleitet. In Abhängigkeit von der Länge des abgeschnittenen Faserstrangabschnittes ergibt sich für den abgeschnittenen Abschnitt eine Form, die in etwa der gemäß 6 entspricht. Erkennbar hierbei ist, dass der Faserstrangabschnitt durch das abscherende Abschneiden in einzelne Fasern oder Filamente aufgespreizt oder aufgefächert ist. Dies hat durchaus Vorteile, wenn die einzelnen in dieser Weise aufgespreizten Faserstrangabschnitte dem Extruder 120 über den Trichter 121 zugeführt werden. In den Trichter wird über die Dosiereinrichtung 130 auch das Polymer beispielsweise in Form eines Granulates zugegeben. Aus dem Extruder 120 wird ein Extrusionsstrang 55a ausgetragen, der aus einem thermoplastischen Polymer besteht, das eingebettet homogen bzw. gleichmäßig verteilt die einzelnen Filamente der Faserstrangabschnitte aufweist. Der mit 55a bezeichnete Extrusionsstrang wird nach einem Merkmal auch dieses Verfahrens der auch in 4 mit 70 bezeichneten Temperiereinrichtung zugeführt. Die Temperiereinrichtung 70 umfasst zwei sich gegenläufig drehende Rollen 71, 72, wobei die Rolle 72 eine umlaufende Nut 72a und die Rolle 71 korrespondierend hierzu eine umlaufende Feder 71a aufweist. Nut und Feder greifen, wie sich dies in Anschauung von 3 und 3a ergibt, ineinander, wobei in der Nut 72a der Extrusionsstrang 55a geführt ist. Durch Wahl der entsprechenden Größe der Nut 72a und korrespondierend hierzu der umlaufenden Feder 71a kann sowohl eine Verdichtung als auch eine Formgebung des Extrusionsstranges stattfinden. Darüber hinaus dienen die Rollen als Teil der Temperiereinrichtung 70 der Temperierung, insbesondere der Kühlung des Extrusionsstranges. Insbesondere eine Kühlung der Rollen sorgt für eine schnellere Abkühlung des Extrusionsstranges und eine Reduzierung der thermischen Belastung der Fasern, was wesentlich ist, wenn Zellulose- oder Naturfasern verwendet werden in Verbindung mit einem bei höherer Temperatur schmelzenden Polymer.A method in which cut fiber strand sections are fed directly to an extruder is in 4 shown. Here again is a bobbin holder 10 provided with several coils 11 , From the coils 11 each becomes a fiber strand 5 through a conveyor unit 100 subtracted, with the conveyor unit 100 appears as a counter-rotating pair of rollers, between which the individual fiber strands 5 separately a cutting tool 110 be supplied. Between the coil holder 10 and the conveyor unit 100 can be a drying device 20 be provided as it has already been described. The cutting tool 110 results schematically from the illustration according to 5 , According to 5 is a movable knife 111 provided that on a cutting block 112 under shearing of the fiber strand 5 along slides. Depending on the length of the cut fiber strand section results for the cut section a shape that is approximately in accordance with 6 equivalent. It can be seen here that the fiber strand section is spread or fanned out by the shearing cut into individual fibers or filaments. This certainly has advantages if the individual fiber strand sections spread in this way are located in the extruder 120 over the funnel 121 be supplied. Into the funnel is about the metering device 130 also added the polymer, for example in the form of granules. From the extruder 120 becomes an extrusion strand 55a discharged, which consists of a thermoplastic polymer embedded homogeneously or evenly distributed having the individual filaments of the fiber strand sections. The one with 55a designated extrusion line is also characterized by a feature of this method in 4 With 70 designated tempering fed. The tempering device 70 includes two counter-rotating rollers 71 . 72 , where the role 72 a circumferential groove 72a and the role 71 Corresponding thereto, a circumferential spring 71a having. Tongue and groove, as this is in the view of 3 and 3a results in one another, being in the groove 72a the extrusion strand 55a is guided. By choosing the appropriate size of the groove 72a and corresponding to the circulating spring 71a Both compression and shaping of the extrusion strand can take place. In addition, the roles serve as part of the tempering 70 the temperature, in particular the cooling of the extrusion strand. In particular, cooling of the rolls provides for faster cooling of the extrusion strand and reduction of thermal stress on the fibers, which is essential when using cellulose or natural fibers in conjunction with a higher melting temperature polymer.

Der Temperiereinrichtung nachgeschaltet ist ein mit 80 bezeichneter Bandabzug, sowie die Granuliereinrichtung 90 zur Herstellung des Compoundgranulates.Downstream of the tempering is a with 80 designated strip, as well as the Granuliereinrichtung 90 for the production of the compound granules.

Um für eine noch bessere Vermischung oder Benetzung der einzelnen Fasern des Prepregstranges 55 oder des Extrusionsstranges 55a zu sorgen, kann der Strang 55, 55a unmittelbar nach Verlassen des Extrusionswerkzeuges 40 oder des Extruders 120 mehrfach umgelenkt werden. Hierzu dient die Vorrichtung 150 gemäß der schematischen Darstellung in 7. Die Umlenkvorrichtung 150 umfasst mehrere, insbesondere drehbare Walzen oder Rollen 155, die versetzt zueinander stehen, wobei durch die Umlenkung des Stranges ein Durchkneten des Stranges erfolgt, mit der Folge, der Benetzungsgrad der Fasern mit dem Polymer noch weiter erhöht wird. Die Umlenkung erfolgt hierbei mäanderförmig, wobei zusätzlich auch eine seitliche Umlenkung vorgenommen sein kann.For even better mixing or wetting of the individual fibers of the prepreg strand 55 or the extrusion strand 55a can take care of the strand 55 . 55a immediately after leaving the extrusion die 40 or the extruder 120 be redirected several times. For this purpose, the device is used 150 according to the schematic representation in 7 , The deflection device 150 comprises several, in particular rotatable rollers or rollers 155 , which are offset from one another, wherein by the deflection of the strand kneading of the strand takes place, with the result, the degree of wetting of the fibers with the polymer is further increased. The deflection takes place meandering, in addition, a lateral deflection can be made.

Claims (5)

Extrusionswerkzeug (40) zur Auffächerung mindestens eines Faserstranges (5) und zur Imprägnierung des Faserstranges (5) mit einer Polymerschmelze, wobei das Extrusionswerkzeug einen Fächerkörper (41) sowie eine den Fächerkörper (41) umgebende Haube (56) umfasst, wobei die Haube eine zentrische Öffnung (57) für den mindestens einen Faserstrang (5) aufweist, wobei der mindestens eine Faserstrang (5) seitlich am Fächerkörper (41) zur Öffnung in der Haube (56), unter Auffächerung des mindestens einen Faserstranges (5) auf dem Fächerkörper (41) geführt ist, wobei der Fächerkörper (41) im Bereich der Auffächerung des mindestens einen Faserstranges (5) mindestens eine Austrittsöffnung (49) für die Polymerschmelze aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Fächerkörper (41) einen mit einer halbkugelförmigen Wölbung versehenen Kopf (42) aufweist, wobei der Kopf (42) einen Hals (45) aufweist, wobei der Hals (45) unter Bildung mindestens einer Öffnung (51) für mindestens einen Faserstrang (5) mit einem Träger (46) verbunden ist und wobei der Hals (45) im Bereich des Übergangs zum Kopf (42) die mindestens eine Austrittsöffnung (49) für die Polymerschmelze aufweist.Extrusion tool ( 40 ) for fanning out at least one fiber strand ( 5 ) and for impregnating the fiber strand ( 5 ) with a polymer melt, wherein the extrusion tool a fan body ( 41 ) as well as the fan body ( 41 ) surrounding hood ( 56 ), wherein the hood has a central opening ( 57 ) for the at least one fiber strand ( 5 ), wherein the at least one fiber strand ( 5 ) on the side of the fan body ( 41 ) to the opening in the hood ( 56 ), fanning the at least one fiber strand ( 5 ) on the fan body ( 41 ), wherein the fan body ( 41 ) in the area of the fanning out of the at least one fiber strand ( 5 ) at least one outlet opening ( 49 ) for the polymer melt, characterized in that the fan body ( 41 ) a head provided with a hemispherical curvature ( 42 ), wherein the head ( 42 ) a neck ( 45 ), wherein the neck ( 45 ) forming at least one opening ( 51 ) for at least one fiber strand ( 5 ) with a carrier ( 46 ) and wherein the neck ( 45 ) in the area of the transition to the head ( 42 ) the at least one outlet opening ( 49 ) for the polymer melt. Extrusionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (46) als Ringträger ausgebildet ist.Extrusion tool according to claim 1, characterized in that the carrier ( 46 ) is designed as a ring carrier. Extrusionswerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Austrittsöffnung (49) eine tangential in Richtung des Kopfes (42) auslaufende Nut (50) anschließt.Extrusion tool according to one of the preceding claims 1 or 2, characterized in that at the outlet opening ( 49 ) a tangential in the direction of the head ( 42 ) leaking groove ( 50 ). Extrusionswerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (46) eine radial sich in den Fächerkörper (41) erstreckende Einlassöffnung (47) für die Polymerschmelze aufweist, die durch einen Kanal (48) im Fächerkörper (41) mit der mindestens einen Austrittsöffnung (49) für die Polymerschmelze in Verbindung steht.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 46 ) a radially in the fan body ( 41 ) extending inlet opening ( 47 ) for the polymer melt passing through a channel ( 48 ) in the fan body ( 41 ) with the at least one outlet opening ( 49 ) for the polymer melt. Extrusionswerkzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (46) als Ringträger den Fächerkörper (41) beabstandet unter Bildung einer, vorzugsweise jedoch mehrerer umfangsverteilt angeordneter Öffnungen (51) für entsprechend mehrere Faserstränge (5) umgibt, wobei der HaIs (45) umfangsverteilt im Bereich des Übergangs zum Kopf (42) mehrere Austrittsöffnungen (49) für die Polymerschmelze aufweist.Extrusion tool according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier ( 46 ) as ring bearer the fan body ( 41 ) spaced to form one, but preferably a plurality of circumferentially distributed openings ( 51 ) for a corresponding plurality of fiber strands ( 5 ), whereby the shark ( 45 ) circumferentially distributed in the area of the transition to the head ( 42 ) a plurality of outlet openings ( 49 ) for the polymer melt.
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